供水管网计量分区管理技术与应用 6页

'供水管网计量分区管理技术与应用王敏杨志坚李扬张永坡(北京市自来水集团有限责任公司•北京100089)摘要：本文简要介绍了独立计量区(DistrictMeteredArea»即DMA)漏损管理技术的基本情况»提出通过对供水管网实施DMA分区，可以对供水管网进行有效的漏损控制和管网系统压力控制管理的观点。在借鉴国外成功经验的基础上，DMA分区应根据城市管网的不同特点，充分考虑管网的具体情况，合理分区。本文通过对实验A区的长期监测，验证了对供水管网进行DMA分区可在最短的时间内发现漏损，以便第一时间查找并修复漏损点。实践证明，DMA是一项有效的漏损监测技术，更是一种先进的管网管理模式，是未来供水管网管理的发展方向。关键词：DMA漏损控制压力分区管理绪论由于全球水资源的日益短缺，水资源管理逐步从开源转向节流，供水管网漏损问题受到越来越多的关注。控制供水管网系统漏损是节约城市水资源、建设节水社会与资源节约型社会的需要，对于维护社会正常生产生活秩序具有重要意义。国内主要城市供水管网随着经济建设规模的扩大而不断延伸，也为管网安全运行带来了新的困难与挑战。如何减少漏损，降低漏水量，节约水资源，保障供水管网安全稳定运行，成为政府和供水企业共同关心的重点问题。大量文献资料及国外发达国家、地区供水企业的管理经验证明，对供水管网进行DMA划分、实施基于DMA的管网管理是进行管网漏损主动控制的有效措施。首先可以准确计量城市用水量；其次加装压力调解装置可调节入口压力，实施压力管理；再次可快速发现管道漏损，缩小漏损点定位查找区域，辅助漏损点定位；最后可以科学确定重点漏损监测控制区域。近年来在政府和供水协会的推动下，国内诸多供水企业不断加大科技投入，先后引进和推广国外多年累积的成熟经验和技术，将先进的管理模式DMA和先进的技术设备结合在一起应用于管网漏损控制与管网管理，有效提升管网管理水平，为有效控制管网漏损提供有力保障。1、DMA简介1.1DMA发展概况供水管网计量分区管理的概念起源于英国，1980年英国水务联合会首次提出分区概念，将供水系统分为不同的独立计量区域，通过监测入流量和岀流量以量化漏损水平并进行定位、修复。20世纪90年代早期，英国实施国家漏损控制模式，规定必须实施分区计量。1997年,国际水协(InternationalWaterAssociation,IWA)成立漏损控制特别小组,主要从事水量管理、漏失控制和压力管理的工作。2003年漏损控制特别小组连续发表了8篇系列文章，介绍二十世纪末至本世纪初，由英国主导的漏损控制策略。2007年发布了DMA指导手册，用于指导世界各地的DMA管理。受到英国漏损控制策略效果的鼓舞，许多国家和地区供水企业也开始逐步实行分区供水，如泰国曼谷、日本东京等。目前国内已有部分城市实施分区供水，如上海、天津等，但大多为管理分区模式，还未完全达到DMA层级。尤其我国城市供水管网以环状居多，不同于国外以枝状管网居多的特点，所以针对我国环状管网特点的DMA规划与实践尤其值得探讨。1.2DMA的定义和作用(DDMA定义DMA是指通过关闭阀门或加装流量计，将供水管网划分为若干具有永久性边界的、相对独立的供水区域，利用逬出口流量计对该区域的流量进行计量。通过流量分析来评估漏损水平。(2)DMA作用 ■通过对供水管网实施DMA分隔，进入每个区域的流量可以持续监测，新的管网破损产生后能够迅速被识别和修复，可以较为精确的评估区域漏损水平。同时，通过管理单个或一组DMA的压力，可以使供水管网以最优化的压力水平运行，因而供水管网实施DMA分区对城市供水管网管理有十分重要的作用，详细叙述如下：①对区域内用水量、瞬时流量、最小流量进行详细准确的计量,便于进行用水量预测和经济评价；②通过DMA加装压力调解装置调节入口压力，实施压力管理。科学的压力管理不但可以降低管网负荷，实现延长管道及其附属设备的使用寿命，而且可以降低漏损发生几率；③根据最小夜间流量变化曲线可以快速发现新发生的管道漏损，缩小漏损点定位查找区域，辅助漏损点定位；④确定不同区域的漏损程度，识别最大可能漏损区域，从漏损排查与漏损控制维护成本比较的角度，科学指导确定重点漏损监测控制区域。1.3DMA分区规划原则大型供水管网尤其是环状管网的DMA分区规划是一项精细而复杂的工作，需要对现状管网的网络结构和水力工况进行详细、深入的了解，如果DMA分区规划不合理，很容易导致供水管网出现压力和水质等方面的问题。我国城市的供水管网以环状居多，如北京、沈BE等城市的管网整体成环、连接复杂，在DMA分区过程中要根据管网这些特点，结合国内外成功经验，齐分考虑管网的具体况，综合考虑以下几个主要因素。(1)划分DMA区域大小适当DMA的大小用区域内用户数表示，是分区时考虑的首要因素。事实上，由于现状管网基本结构布局以及需要达到的经济漏损水平的不同，DMA大小在不同国家和城市存在很大区别。一般来说，供水管网水力条件、现场实际条件和经济因素最终决定DMA的大小。根据国外经验z一般DMA服务用户以500~3000户为宜，若用户数大于5000,从夜间流量数据中区分较小的漏损就很困难，导致DMA漏损监测效率显著降低；反之，DMA内用户数太少则不经济。(2)保持管网的完整性DMA管网完整性指的是从一个或几个进水口进水，保证水输送到DMA内的各个用水点,并结合实际管网布局，在保持原有管网供水结构的基础上，合理划分DMA边界，减少管线改造。(3)控制进水口的数量DMA进水口数量一般不多于3个，便于DMA管理，同时可减少投资费用。另外在关闭阀门数量较多时重点考虑水力条件变化对区域内水压、水质的影响(通过实测或模拟手段X(4)控制高压区的压力在供水压力较高区域设置DMA,需合理控制压力，以减小管网负荷，减少漏损，优化管网运行工况。(5)均衡地势差划分规模较大DMA区域时，要充分考虑地势差可能造成的水压不均衡。(6)保障水质由于DMA分区要关闭区域边界上的阀门，这样在DMA管网末梢会产生较多的"盲肠"造成"死水"。需采取有效措施杜绝因死水对管网水质造成的影响，保证管网水质。在实际操作过程中，可以用消火栓定期放水、冲洗管道等方法保证水质。1.4DMA基本原理DMA小区漏失控制最关键的参数是最小夜间流量(MNF"最小夜间流量是指以24小时为一个周期内的最小的流量，通常发生在夜间大多用户都不用水的时刻(2:00-4:00)。尽管在夜间用户用水量是最小的，但是仍然要考虑到少量的合法夜间流量，也就是夜间用户用水量，如冲厕、洗衣机用水等，所以最小夜间流量包括净夜间流量(含背景漏损和破管漏损)和合法夜间流量，如下页图1典型居民区24小时流量变化曲线图所示。DMA漏损控制的关键技术在于长期记录DMA进水量的变化，根据DMA进水口流量计记录的连续流量数据，找出每一天的最小夜间流量，以日期为横坐标，对应日期的最小夜间流量为纵坐标绘制出DMA的最小夜间流量变化曲线。由最小夜间流量变化曲线可以及时判断DMA是否存在漏失，若存在漏失则可以及时查找漏点并修复。通过对夜间流量下用户用水的估算，将管网真实漏损水量即净夜间流量从夜间最小流量中分离出来，以此作为监测、预警和评价DMA漏损的基本依据。假定背景漏损保持定值，长期监控后，可得到最小夜间流量下破管漏水量随时间的变化曲线 城/U祕水■■CITYANDTOWNWATERSUPPLY图1典型DMA全天24小时流量变化曲线图TypicalMinimumNightFlowintoaDMA图2典型DMA最小夜间流量变化曲线图图。通过曲线分析，可随时掌握DMA区域漏损情况,确定最佳的漏损控制干预时机和检漏周期。图2是根据流量计每隔一分钟自动记录瞬时流量数据中最小流量值绘制的典型DMA最小夜间流量变化曲线图。图2显示最小夜间流量由背景漏失量和夜间用户正常用水量组成。正常情况下，最小夜间流量在一定范围内波动，如果区域内没有增加新用户，最小夜间流量异常增加，并且在连续几天内没有回落到正常水平，则可以判断此区域可能存在新发生漏损或偷水，应安排人员对该地区进行排查。最小夜间流量在一定范围内波动，波动范围丸于不同国家和地区存在较大差异，它取决于供水企业的漏损检测技术水平及可接受的无收益水量才平。对供水企业而言，对DMA不断进行没有目桁的漏损检测，投入产岀比效率不佳。为了权衡漏损 排查与漏损控制维护成本，科学确定重点漏损检测区域，必须有针对性的确定每个DMA的漏失检测限。DMA漏失检测限是衡量DMA小区是否需要排查的标准，确定DMA漏失检测限的数值后可以及时从最小夜间流量变化曲线判断DMA小区是否有新增漏水(即大于DMA检测限的漏损量)。2、DMA实践应用根据上述DMA原理、规律，结合经验总结，某城市建设了4个DMA实验区。下文将选择一典型区域进行详细介绍。实验A区2011年建设，进水口安装了流量计和减压阀。该区域的瞬时流量、用水量及进、出口压力等数据采用GPRS方式传输。2.1实验A区方案(1)实验A区基本情况：楼数：20栋用户：2880户进口：DN200X1管线长度:1.96km外线状况:DN600本实验区方案ZF意图见图3(2)实验A区改造方案：①本小区只有DN200一路进水，在进水口安装流量计和减压阀。②此处供水压力普测结果显示服务压力高于0.4MPa,故考虑增设减压阀。2.2DMA流量数据分析(1)确定DMA检测限实验A区安装流量计和减压阀后，对该小区JS行一次全面的漏失普查，将普查出来的暗漏进行组修后，持续观察该小区的最小夜间流量，并绘制注DMA最小夜间流量变化曲线图(见图4),依据实6实验A区-确定DMA漏失检测限2、上0|«亠・总二w图42011年9月1日-9月30日实验A区最小夜间流■图 CITYANDTOWNWATERSUPPLY实岭Al一応小仅间流;i；图52012年1月1日-3月8日实验A区最小夜间流■变化曲线图•输配水技术与设备•表1DMA降压供水前后最小夜间流量对比DMA最小夜间流量（m3/h）实验区理阶段第F第—天第二天第四天第坯第六天第七天实验A区第一周4.84.84.84.84.84.84.8第二周4.84.83.64.86.04.84.8表2DMA降压供水前后日平均用水量对比DMA日平均用水量（m3）实验区名称降压前0.4Mpa（一周平均值）降压后0.3Mpa（一周平均值）前后水量差变化t弊%实验A区486.92459.3827.545.66第二周4.84.83.64.8际经验，确定可接受的最小夜间流量数值，即DMA检测限，以此作为该区域的预警值，最终确定本实验区DMA检测限为4m7h0根据DMA检测限可以及时从最小夜间流量变化曲线判断DMA小区是否存在新增漏损。如果最小夜间流量远超于DMA检测限，并持续一段时间没有回落到正常水平，且区域内也没有增加新用户，据此判断该小区内可能存在新发生的漏损或偷水现象，应安排人员检测排查。（2）案例分析依据数据累计绘制该实验区2012年1月1日-2012年3月7日最小夜间流量变化曲线图（图5所示X据图5显示，1月1日到1月30日小区最小夜间流量主要在4m3/h上下浮动，从1月31日开始图中曲线是一个逐步上升的趋势，最大值已达到了遂安排相关人员进行漏水普查,发现DN200管暗漏一处。2月10日修复后最小夜间流量迅速由8m3/h降至4.3m7h,判断DN200管暗漏是影响最小夜间流量变化的主要因素。2.3DMA压力控制降低管网漏损水平的一个重要因素是压力控制，供水管网实施DMA管理也为建立压力控制系统创造了条件。根据水力学规律，漏损量与压力成正比例关系，在破损面积相同的情况下，压力越大，漏损量也就越大。为验证上述正比例关系，实验A区进行了为期两周降压供水的实验，第一周为现状运行工况（0.4Mpa）下用水量情况，第二周为降压（0.3Mpa）供水条件下用水量情况。实验得到降压前后最小夜间流量和日平均用水量变化情况，数据显示，降压前后最小夜间流量变化较小（详见表1）,而日平均用水量变化差别较大（详见表2（下转第57页） CITYANDTOWNWATERSUPPLY•研究与探讨•表2五省城市供水管产销差率（％）情况（09年）地区湖北湖南安徽江西河南湖北26.825.827.626.026.6表3省内供水金业（45家）产销差率分布情况（09产销差率分布（％）<12%的比例<20%的比例>25%的比例>26.8%的比例>30%的比例7.1%17.855.6.53.342.2分析上表数据可以得出以下结论：1）2000年至2009年，十年间产销差率增加了十个百分点，主要是由于行业政策发生了变化，如各地方政府主导推进城乡供水一体化、实施抄表到户工程等。2）全省能满足产销差率（漏损率）标准（12%）的供水企业只占统计数量的7.1%。说明12%是先进水平，如按此标准核定水价成本，则我省超过90%的供水企业，其大量非管理因素所产生的水损量无法计入成本。3）全省只有约18%的供水企业产销差率<20%,所以20%的指标在我省应属于先进水平。4）数据分析表明，全省约55%的供水企业产销差率大于25%,同时一半以上的供水企业产销差率分布在25~46%之间。5）与经济发展水平接近的相邻五省数据比较，我省平均值为26.8%,且各省均值水平接近，说明分析数据符合实际情况。根据上述分析，湖北省水协于2011年4月，邀请了武汉大学、华中理工大学、武汉理工大专家、省市物价部门领导，以专家论证会的形式，通过了该指标的评审。并向湖北省供水行业行政主管部门提出建议，使用产差率指标考核供水企业，同时将该指标定为25%。最后，笔者提出以下建议：一、请供水行业主管部门及早修订《城市供水管网漏损控制及评定标准》（CJJ92-2002）,或者出台对该标准不合理部分的解释，以利于供水企业的成本核算。二、在该漏控标准的修改出台前，行业主管部门可以明确，在供水企业水价调整时,可采用产销差指标审核成本。三、既然我国的供水水质标准已经与国际接轨，那么考核供水企业绩效管理的重要指标一产销差率也应与国际接轨，应尽快在我国供水行业中推广使用"无收益水量"理念。作者通联：027-87821224（上接第25页）表］中数据显示降压前后最小夜间流量变化不明显”调查结果显示该城市分时段调整供水压力,夜间已实施降压供水,减压阀在夜间几乎没有发挥作用。表2中的数据是降压前、后一周日用水量的平均值。日平均用水量在降压前后水量差27.54m3,变化比率为5.66%,表明降压供水在节水方面有一定效果，若长期实施将节约大量宝贵水资源。综上所述，在供水压力较高区域，应科学、有效的调控管网压力，最大程度减少漏水量，保障供水系统的安全运行；另外降压供水可适当减少需水量，部分缓解供水能力紧张的状况。实验A区结合DMA实施压力管理可体现双重收益，一方面可以减少漏损，另一方面也可以稳定系统压力，降彳氐管网负荷，从而延长资产的使用寿命。结论实施DMA分区管理的目的在于科学、优化管理管网，定量控制管网漏损,降低产销差。实验A区实施DMA分区管理后,长期监控得到了最小夜间流量随时间变化的曲线图。通过曲线分析，随时掌握DMA小区漏损情况，确定最佳的漏损控制干预时机和检漏周期，大大节约了劳动成本和时间成本，第一时间维修漏损点，减少漏损，降低漏水量，节约大量的水资源，同时保障了供水管网安全稳定运行，实现了各级政府对供水企业提出"用高科技手段管理好供水管网，有效减少管网漏损"的要求。另外结合DMA对实验区进行压力管理，一方面可精确掌握DMA小区压力状况，利于深入开展压力控制，另一方面可优化区域管网运行工况，达到降漏损、降能耗、降成本的目的。通过实践证明，DMA是一项有效的漏失监测技术，更是一种先进的管网管理模式，是未来供水管网管理的发展方向。作者通联:13810735458'